kimia dan elektrokimia pelapisan

8/10/2019 Kimia Dan Elektrokimia Pelapisan

1/14

TUGAS

TEKNIK PELAPISAN

KIMIA DAN ELEKTROKIMIA PELAPISAN

Hal: 102-114

Disusun Oleh :

Nama : AWIS SUKARNI

No.BP : 1101011005

Kelas : 3 Produksi Reguler

Dosen : Syafril, ST.,MP

POLITEKNIK NEGERI PADANG

JURUSAN TEKNIK MESIN

2013


2/14

KIMIA DAN ELEKTROKIMIA PELAPISAN

I. PENDAHULUAN

Elektrokimia adalah Ilmu yang mempelajari hubungan antrara proses atau perubahan

kimia atau arus listrik. Imu ini mempelajari tiga gejala dasar yaitu:

1. Proses-proses kimia yang dihasilkan oleh arus listrik

2. Proses-proses kimia menghsailkan arus listrik

3. Gejala reduksi oksidasi sebagai gejala elektrokimia

Proses elektroplating (Lapisan Lisrik) termaksud kedalam gejala L, yaitu proses-proses

kimia yang dihasilkan oleh arus listrik. Untuk dapat memahami dan menghayati apa yang terjadi

pada proses elektroplanting sangatlah penting memiliki dan menguasai pengetahuan mengenai

prinsip-prinsip dasar elektrokimia.

Tulisan ini akan membahas dasar-dasar elektrokimia, khususnya yang mempunyai

hubungan langsung dengan masalah elektroplating. Dari uraian ini diharapkan akan didapat

gambaran tentand proses elektropalating dan bagaimana dasar-dasar elektrokimia dapatmembantu menjelaskan proses tersebut.

II. KONSEP DASAR

A. Dari molekul hingga elektron.

1. Perubahan fisik : Perubahan sementara dan dapat balik, atau suatu peristiwa dimana

benda /zat berubah keadaan maupun kondisinya.

Contoh : es - air - uap air

panas - dingin

padat - cair


3/14

2. Perubahan kimia : Perubahan pemanen, sifat dan susunan zat berubah. Zat mengalami

perubahan total menjadi zat baru dengan sifat yang betul-betul

berbeda.

contoh : Arang/kayu yang terbakar

3. Atom : Satuan kimia terkecil

4. Molekul : Satuan fisik terkecil

5. Unsur : Molekul dengan atom-atom yang sejenis

6. Senyawa kimia : Terbentuk dari dua atau lebih elemen dengan perbandingan berat yang

pasti.

B. Larutan

1. Larutan : Suatu sistem yang homogen terdiri dari dua zat/lebih. Dihasilkan bila

zat cair, Padt atau gas dilarutkan kedalam suatu zat pelarut.

2. Konsentrasi : Suatu larutan terdiri dari zat pelarut dan zat terlarut. Ada banyak cara

untuk menyatakan konsentrasi dari suatu larutan.

a. Persen berat (%W) : Adalah berat zat terlarut didalam 100 graam larutan.

contoh : 25% (berat) laruta garam.

b. Berat/Volume : Berat dari zat terlarut dalam 1 liter larutan.

contoh : 25 gr/r NaCL.

c. Bagian dari volume : Perbandingan antara volume zat terlarut dengan volume pelarut.

contoh : Larutan HCL 1:3

d. Persen volume : % Volume

jumlah zat terlarut didalam 100 ml larutan.


4/14

contoh : 42% Volume alkohol didalam air.

3. Molarita (M) : Jumlah gram malekul (grl) terlarut dalam 1 liter larutan.

1 grl zat : (BM) gram

contoh : BM HSO = 1 (2) + 32 + 4 (16) = 98

1 grl HSO = 98 gram

4. Normalia (N) : Jumlah gram ekivalen (grek) zat terlarut didalam 1 liter larutan.

1 grek unsur :

1 grek asam :

contoh : 1 grek HSO = = 49

1 grek garam : =

contoh : 1 grek NaCL = ,

= 58,5

5. Hubungan Molaria Dan Normalia

Gram molekul (grl) zat = gram ekivalen (grek) elektron yang terlibat.

contoh : 1 grl HSO = 2 grek.

C. Konsep Asam, Basa dan Garam

1. Asam : - Mempunyai rasa asam

- Korosif

- Mengandung atom hidrogen yang dapat diganti oleh logam


5/14

- Merubah warna indikator

- Asam berdisosiasi menjadi ion hidroten yang bemuatan positifdan

radikal asam yang bermuatan negatif.

-mempunyai harga pH 7

contoh : Asam sulfat - HSO

Asam khlorida - HCL

Asam nitrat - HNO

Asam borat - HBO

Asam khromat - H CrO

2. Basa

- Mempunyai rasa getir (pahit)

- Licin seperti sabun

- Merubah warna indikator

- Bila bereaksi dengan asam akan membentuk garam dan air.

- Mempunyai harga pH 7

- Akan berdisosiasi menjadi ion logam bermuatan positif dan ion

hidroksil yang bemuatan negatif.

contoh : Natrium hidroksida Na OH

Kalium hidroksid KOH

3. Garam

Garam adalah senyawa kimia yang terdiri dari suatu radikal asam dan logam.

Bereaksi pada suasana netral, asam maupun basa.

contoh : Nikel sulfa Ni SO


6/14

Nikel khlorida Ni CL

Kalium perak sianida K [Ag (CN)]

4. PH = - Log H

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

asam netral basa

D. HUbungan Kimia dan Listrik

1. Arus listrik = gerakan elektron

2. Atom dapat memberi dan menerima elektron

3. Ion - Atom yang kelebihan atau kekurangan elektron

ion positif = atom yang kekurangan elektron

ion negatif = atom yang kelebihan elektron

(catatan : Elektron bermuatan negatif)

4. contoh perpindahan elektron

Na -------------------------- Na + c ..................................................... (1)

C1 ------------------------- 2 CL ...................................................... (2)le

5. Reaksi reduksi atau oksidasi dapat berlangsung spontan atau dengan bantuan dari luar.

misal : dengan bantuan arus listrik.

III. ELEKTROKIMIA PELAPISAN

A. Elektroplating (lapis listrik) termaksud kedalam proses yang secara umum disrbut proses

elektrolisa. Biasanya elektrolisa dilakukan dalam suatu bejana yang disebut selelektrolisa

yang berisi cairan elektrolit.


7/14

Pada cairan ini tercelup paling tidak 2 elektroda. Masing-masing elektroda dihubungkan

dengan arus listrik, terbagi mejadi kutub positif (+) dan kutub negatif (-) dikenal dengan

anoda (+) dan katoda (-).

Ciri-ciri dari elektroda-elektroda tersebut adalah :

Anoda : - Kutub positif

- Terjadi reaksi oksidasi logam menjadi ion nya.

- Terjadi pelepasan elektron menuju keluar sirkuit.

Katoda : - Kutub negatif

- Terjadi reaksi reduksi

- Menarik menerima elektron dari luar sirkuit

Selama proses lapis listrik berlangsung terjadi reaksi kimia pada daerah elektroda/elekrtolit

baik reaksi reduksi maupun oksidasi. Karena pada proses lapis listrik reaksi diharapkan

bejalan terus menerus menuju arah tertentu secara tetap, maka hal yang paling penting

dalam proses ini adalah mengopersikan proses ini dengan arus searah.

Tergantung pada reaksinya, proses lapis listrik dapat terjadi di katoda (labih umum) atau

kadang juga terjadi di anoda.

B. Pelapis Katodik

Pelapisan katodik adalah pelapisan di katoda.

Reaksi yang terjadi :

M + nen------------------------------- M............................................ (3)

Pada dasarnya pelpisan katodik ini dapat digolongkan kedalan 2 jenis pelapisan, tergantung

dari mana ion M diperoleh.

1. Dengan menggunakan anoda yang terlarut

- Elektrolit


8/14

Larutan elektrolit berdisosiasi menjadi ion-ion positif dan negatif. Karena ada medan

listrik diantara 2 elektroda (anoda dan katoda) ion-ion positif dan bergerak menuju

elektroda negatif (katoda) dan ion-ion negatif menuju anoda.

- Katoda

Pada aaktoda akanterjadi reaki reduksi seperti reaksi (3). Dengan memilih rapat arus

yang tepat, endapan logam akan terbentuk secara uniform selama ion-ion logam tersebut

mencapai katoda dan jumlah elektron yang dibutuhkan mencukupi untuk terjadinya

reaksi reduksi (reaksi 3) tersebut.

- Anoda

Loga pelapis dijadikan anoda, larut berasarkan reaksi :

M -------------------------- M + ne ................................. (4)

Logam dari anoda larut kedalam elektrolit dan membentuk ion-ion positif. Sedangkan

elektron-elektron akan bergerak menuju katoda melalui sirkuit luar. Ion positif yang

terbentuk masuk kedalam elektrolit dan berada dalam keseimbangan dengan ion-ion

negatif yang bergerak menuju anoda.

contoh : Pelapisan Tembaga, Nikel, seng dan sebagainya.

2. Dengan menggunakan anoda yang tidak larut (inert)

Anoda tidak ikut bereaksi (inert). Untuk mengimbangkebutuhan elektron pada

reaksi (3), akan terjadi reaksi oksidasi darin komponen yang tersedia didalam elektrolit

dengan reaksi sebagai berikut :

OH ------------------------------- H + O + 2 e ....................................... (5)

atau:

HO ------------------------------- 2 H + O + 2 e ....................................... (6)

Sehigga pada anoda akan terjadi liberasi gas oksigen.

Ion M diambil dari elektrolit.


9/14

Contoh : Pelapisan khrom.

C. Pelapisan Anodik

pelapisa anodk dikenal untuk suatu proses yang disebut anodisasi yaitu suatu proses

elektrolisa untuk mengoksidasi benda kerja . Untuk melakukan poses ini benda kerja di

jadikan anoda;ole karena itu prosesnya disebut anodisasi.

D. Hukum Ohm

Prinsip dan hukum yang mengatur kecepan harus listrik pada proses lapisan listrik

mirib dengan faktor-faktor yang mengendalikan aliran air, dimana kecepatan alir tergantung

kepada tekanan dan tahanan atau dapat dirumuskan sebagai:

Arus = ...... .. ... .. .. .... .. ... .... .. ... .... ... ... .. .... .. (7)

Persamaan yang nmenujukan kecepatan alin arus listrik sama dengan persamaan (7), dan

dikenal dengan nama hukum Ohm.

Arus = : I (Ampere) = ( )

( )..................(8)

Biasanya ahli lapis listrik tidak langsung memperhatikan tahanan, karena faktortersebut tidak bisa langsung diamati. Namun demikian tegangan (Voltage) dapat diubah-

ubah dengan memutar tombol yang ada pada rectifier. Dengan menaikan tegangan, arus

mengalir juga akan bertambah, ini terbaca pada ampermeter yang terpasang. Pada umumnya

proses lapisan listrik membutuhkan tegangan sekitar 6 - 12 Volt dan rapat arus yaitu jumlah

arus persatuan luas permukaan yang akan dilapisi sangat bervariasi tergantung dari

prosesnya.

E. Hukum Faraday

Michael Faraday menemukan hubungan antara produk suatu endapan/deposit dari

ion logam dengan jumah arus yang dipakai untuk mendapatkannya.

Hubungan ini diungkapkan dalam huku Faraday sebagai berikut:


10/14

1. Jumlah bahan yang terkomposisi pada saat berlangsungnya proses elektrolisa berbanding

lurus dengan kuat arus (amper) dan waktu pengaliran arus (detik) dalam suatu larutan

elektrolit.

2. Jumlah arus yang sama akan membebaskan jumlah ekivalen yang sama dari berbagaiunsur.

Pernyataan diatas telah dirumuskan sebagai berikut:

W =

Dimana : W = berat yang diendapkan (gram)

I = arus yang dibuthkan (ampere)

t = waktu (detik)

A= berat atom

Z = valensi

F = bilangan Faraday = 96.500 Coulumb.

Dari rumus di atas, ketebalan endapan/deposit diperoleh dengan perhitungan sebagai

berikut :

density = = ( )

atau

volume= =

Dengan mengukur langsung permukaan benda kerja (katoda) dengan asumsi bahwa

endapan serba sama, ketebalan dapa ditentukan adalah sebagai berikut:


11/14

ketebalan (cm) = = =

F. Efesiensi Arus

Dalam proses lapis listrik, jumlah perubahan kimia yang terjadi akan sebanding

dengan jumlah listrik yang mengalir. Namun demikian seringkali dari sekian banyak

perubahan kimi yang terjadi hanya satu yang diperlukan, yaitu jumlah endapan logam pada

permukaan katoda sehingga arus yang digunakan untuk perubahan kimian yang lain, misal

evolusi gas, dianggap sebagai pemborosan (pengurangan efisiensi).

dengan demikian efisiensi arus dapat dirumuskan sebagai beriku

CE = 100 Act/Theo

dimana: CE = Efisiensi arus (current eficiency)

Act = Berat logam yang mengendap

Theo = Berat logam yang mengendap bila dihitung dengan hukum Faraday.

G. Rapat Arus

Arus total yang mengalir melalui sel (sistem) menghasilkan perhitungan besar logam

yang diendapkan secara keseluruhan. Didalm proses lapis listrik yang lebih penting bukan

berat total dari berat logam yang diendapkan tetapi ketebalan rata-rata dan distribusi

endapan pada permukaan katoda. Ketebalan rata-rata akan tergantung kepada berat total

logam yang diendapkan dan luas permukaan pada endapan tersebut menyebar. Di dalam

proses lapis listrik penting sekali artinya suatu variabel yang di kenal dengan nama rapat

arus.

Rapat arus dapat didefinisikan sebagai jumlah arus pada suatu luas permukaan

tertentu, dan biasa dinyatakan sebagai Amper/m2, atau Amper/Sq.ft.

H. Distribusi Arus


12/14

Dalam proses lapis listrik distribusi arus ikut menentukan baik buruknya hasil

pelapisan. Pada kenyataannya distribusi arus tidaklah sama dengan arus dibagi luas

permukaan. Umumnya arus akan cendrung terkosentrasikan pada ujung-ujung/tepi benda

kerja (katoda). Distribusi arus dapat diusahakan mendekati rata, antara lain dengan cara

mengatur jarak/letak katoda dan anoda.

I. Polarisasi

Jika suatu elektroda logam dicelupkan kedalam larutan yang mengandung ion dari

logam yang sama tapi ada arus listrik yang mengalir, akan terjadi kesetimbangan antara

kecendrungan logam yang larut menjadi ion dan ion logam yang mengendap menjadi logam.

Reaksinya dapat dilukiskan sebagai berikut :

M ------- M + e

M + e ------- M

Potensial resultan antara logam dan larutan dikenal dengan nama potensial elektroda,

jika kejadian diatas dilakukan pada temperatur 25 c, maka potensialnya disebut potensi

standar (E). Dari reaksi oksidasi dan reduksi akan diperoleh suatu potensial reduksi yang

dikenal dengan persamaan Nernst.

E = E + Ina

Bila: a = I, Ina = 0 maka : E = E

Bila dua elektroda dihubungkan dengan sunter arus dari luar, potensial akan bergera

/ berubah dari keadaan kesetimbangannya. Peristiwa tersebut dilakukan sebagai

terpolarisasi (polarisation, over potensial, over-voltage) : Andaikan potensial setelah

terpolarisasi adalah Ep, maka Ep akan merupakan jumlah dari beberapa harga overpotensial

yang terjadi.

overpotensial/polarisasi yang penting anatara lain :

Conc = polaritas konsentrasi

act = polaritas aksivasi dan


13/14

Ohm = polaritas resistansi

IV. PROSES PENGENDAPAN SECARA LAPIS LISTRIK

Sebelum mempelajari secara teperinci proses lapis listrik dari masing-masing logam, ada

baiknya kalau dibahas dahulu faktor-faktor umum ada pada setiap proses lapis listrik.

pertumbuhan endapan

Rumus umum suatu proses pengendapan logam adalah:

M + ne ----------- M

menunjuka reaksi sitoichimetry, dan tidak memberi gambaran langkah-langkah yang terjadi

anatara awal dan akhir proses. logam tidak mengendap (deposit) seperti lembaran yang

berkesinambungan dari satu bagian katoda ke bagian yang lain, melainkan ion-ion logam

membawa serta Ligan (molekul air ion-ion kompleks), pada daerah yang disenangi, ia akan

menempel dan melepaskan air atau ligan dan membentuk ikatan dengan permukaan katoda.

sementara itu muatannya akan dinetralkan secara parsiil.

Adion-adion tersebut berdifusi diseluruh permukaan dan akan menyatu dengan kisi logam,kadang-kadang ada beberapa ketidak teraturan sehingga terbentuk ("kinks, edges").

Pertumbuhan lapisan mono atom akan berjalan terus sampai ketebalan endapan tertentu

terbentuk.

ADHESI

Pada proses lapis listrik sangat diharapkan bahwa logam, akan melekat erat pada logam

dasarnya (memiliki daya adhesi yang kuat). Hal ini pasti terjadi bila prosedur proses dijalankan

dengan betul. Lapisan pertama dari atom yang mengendap akan melekat pada logam dasarnya,

kekuatan daya lekatnya mendekati harga tegengan tarik dari logam dasarnya.


14/14

kimia dan elektrokimia pelapisan

Documents